基本概念
动态规划(Dynamic Programming, DP)是一种优化问题求解的方法,通过将原问题分解为若干个重叠子问题,并使用记忆化技术(通常是使用表格或数组)来存储子问题的解,从而避免重复计算,提高算法的效率。 动态规划常常应用于需要在多个阶段或决策中作出选择的问题,其中每个决策可能会影响后续的决策和最终的结果。动态规划的核心思想是将问题划分为多个子问题,通过解决子问题来逐步求解原问题,从而避免对相同子问题的重复计算,减少了时间复杂度。
动态规划的一般步骤包括:
- 定义状态:明确问题中需要求解的状态,并用变量或数组表示。
- 设计状态转移方程:根据问题的性质和要求,确定不同状态之间的转移关系,即如何从一个状态转移到下一个状态。
- 初始化:设置初始状态的值,通常是问题中最简单的情况。
- 递推求解:按照状态转移方程,通过已知的子问题的解来求解更大规模的问题,直到得到最终的问题解。
- 可选的步骤:根据需要,可能需要添加一些额外的步骤,如记忆化优化(将子问题的解存储起来,避免重复计算)和路径记录(记录路径信息,用于输出最优解)等。
动态规划算法通常具有较高的时间复杂度优势,尤其是在问题中存在重叠子问题时,因为它可以避免重复计算,从而大大减少计算量。动态规划广泛应用于众多领域,如算法设计、优化问题、图像处理、自然语言处理、经济学等。
经典题目
以下是一些经典的动态规划问题以及对应的 LeetCode 题号:
- 爬楼梯(Climbing Stairs):一共有 n 级楼梯,每次可以爬 1 级或 2 级,求爬到第 n 级楼梯的不同方法数。
- 零钱兑换(Coin Change):给定不同面额的硬币 coins 和一个总金额 amount,计算组成总金额所需的最少硬币数量。
- 乘积最大子数组(Maximum Product Subarray):给定一个整数数组,找出连续子数组的最大乘积。
- 不同路径(Unique Paths):在一个 m×n 的网格中,从左上角走到右下角,每次只能向右或向下移动一步,求不同的路径数。
- 打家劫舍(House Robber):一排房子中,每个房子内有一定数量的钱,相邻房屋之间有安全系统,不能同时抢两个相邻的房子,求能抢到的最大金额。
- 最长上升子序列(Longest Increasing Subsequence):给定一个无序的整数数组,找到其中最长的上升子序列的长度。
- 最小路径和(Minimum Path Sum):在一个 m×n 的网格中,从左上角走到右下角,每次只能向右或向下移动一步,求路径上数字之和的最小值。
- 最大子序和(Maximum Subarray):给定一个整数数组,找到一个具有最大和的连续子数组,返回该最大和。
- 最大正方形(Maximal Square):在一个由 ‘0’ 和 ‘1’ 组成的矩阵中,找到只包含 ‘1’ 的最大正方形,并返回其面积。
- 编辑距离(Edit Distance):给定两个单词 word1 和 word2,计算将 word1 转换为 word2 所需的最少操作数。
这些题目涵盖了动态规划问题的不同类型,包括线性动态规划、背包问题、路径计数等。它们都是经典的动态规划问题,在学习和掌握动态规划算法时非常有价值。
特别说明
以上内容大多数由 ChatGPT 生成。